Лучин В.А., Голов А.А., Шешегов А.В., Дубина В.А., Моргунов Ю.Н. «Использование массивов многолетних океанологических данных и опорных гидроакустических сигналов для уточнения методики расчета эффективной скорости звука на акустических трассах в Охотском море» Подводные исследования и робототехника, 34, № 2, с. 4-15 (2021)

Представлена многоуровневая методика расчета эффективной скорости звука на акустических трассах в Охотском море, которая базируется на использовании всей доступной океанологической информации с 1929 по 2020 г. и опорных гидроакустических сигналах. На основе многолетних массивов океанологических данных выявлены сезонные и межгодовые особенности формирования полей скорости звука в море, а также правила группировки и обработки исходных данных на акустических трассах. Разработано прогностическое уравнение (с заблаговременностью не менее 2 месяцев) для предсказания типа («теплый», «нормальный», «холодный») термического режима вод холодного подповерхностного слоя Охотского моря, в котором формируется подводный звуковой канал. В качестве предикторов прогностического уравнения используются межгодовые вариации климатических индексов атмосферы и океана, а также межгодовые изменения локальных параметров в системе атмосфера–лед–океан Охотского моря и прилегающих регионов суши, Тихого океана и Японского моря. Реализация методики существенно уменьшает погрешность расчетов эффективной скорости звука на акустических трассах по данным океанологических наблюдений. Ее использование будет наиболее востребовано в бортовом компьютере автономного подводного объекта, выполняющего миссию на сравнительно обширном полигоне с существенно изменяющимися гидрологическими условиями и значениями эффективной скорости звука на акустических трассах

Каплуненко Д.Д., Дубина В.А., Моргунов Ю.Н., Голов А.А. «Восстановление горизонтальных полей скорости звука в Японском море на основе спутниковых и модельных данных» Подводные исследования и робототехника, 34, № 2, с. 28-38 (2021)

Оценка максимально точных значений горизонтальной и вертикальной скорости звука в морских и океанических бассейнах с целью точного позиционирования необитаемых движущихся подводных объектов в водной толще является одной из важнейших задач нескольких смежных областей морских наук – гидроакустики, спутниковой и классической океанологии. При этом получение решения задачи возможно только косвенным путем, через сбор информации о температуре и солености среды методами дистанционного зондирования и измерения in situ, с последующим моделированием и восстановлением отсутствующих данных. В данной работе показано, как может быть выполнено восстановление поля скорости звука с разрешением до 1 км за счет данных спутниковых наблюдений инфракрасного и видимого диапазонов и данных гидродинамического моделирования в районе северо-западной части Японского моря, включающей в себя район залива Петра Великого и фронтальную зону разделения системы течений в районе возвышенности Ямато. По результатам расчетов сделана оценка влияния на скорость звука изменчивости по температуре и солености в зависимости от их реальных значений, наблюдаемых для региона исследований. Данная постановка эксперимента позволяет в итоге оценить возможное сокращение ошибки позиционирования подводного аппарата, которое может возникать при использовании вышеуказанных наборов данных совместно. Метод восстановления скоростей звука применим в зимнее время, в отсутствие сезонного термоклина.

Касаткин Б.А., Косарев Г.В. «Опыт применения акустического профилографа с синтезированной апертурой для поиска малоразмерных объектов в морском дне» Подводные исследования и робототехника, 34, № 2, с. 41-45 (2021)

Анализируется опыт применения акустического профилографа с линейной частотной модуляцией зондирующего сигнала, размещённого на борту автономного необитаемого подводного аппарата и предназначенного для поиска малоразмерных объектов в верхнем слое морского дна. Для увеличения разрешающей способности профилографа использованы алгоритмы синтезирования апертуры. Описана методика проведения профилографической съемки морского дна. Выполнена оценка размеров обнаруженных целей при помощи алгоритма синтезирования апертуры. Произведен расчет производительности профилографической съемки с учетом времени обследования заданной площади и затрат на первичную и вторичную обработку полученных данных.

Щуров В.А., Щеглов С.Г., Ляшков А.С., Ткаченко Е.С. «Фундаментальные явления в океане, обусловленные векторной природой акустической интенсивности» Подводные исследования и робототехника, 34, № 2, с. 47-55 (2021)

На основе концепции векторно-фазового метода проведены теоретические и экспериментальные акустические исследования глубокого океана и мелкого моря. Впервые обнаружены и исследованы такие фундаментальные явления, как компенсация встречных потоков энергии, вихри вектора плотности потока акустической энергии, анизотропия подводного акустического шума в области низких и средних частот, разработаны алгоритмы обработки на основе четвертого статистического момента, определена помехоустойчивость комбинированных приемных систем относительно квадратичного детектора, созданы приемные комбинированные системы, не имеющие мировых аналогов. В работе представлен обзор явлений, связанных с векторной природой плотности потока энергии (вектора интенсивности).

Бирюков И.Р., Петухова М.Н. «К вопросу о сопротивлении излучения двухсторонних дисковых преобразователей, расположенных на фоне акустического экрана» Подводные исследования и робототехника, 34, № 2, с. 57-64 (2021)

Необходимость расширения полосы рабочих частот для решения задач обнаружения подводных объектов при учете физических основ построения электроакустических преобразователей и антенной техники вынуждает рассматривать варианты использования электроакустических приемных преобразователей вплоть до частоты резонанса их механической колебательной системы и выполнять плотную компоновку преобразователей внутри антенны. При реализации подобного рода технических решений влияние взаимодействия преобразователей друг с другом на конечные параметры антенны становится значительным, что обусловливает необходимость учета этого взаимодействия при проектировании антенной решетки. Учет взаимного влияния преобразователей на полевые характеристики антенной решетки в общем случае происходит посредством расчета полного механического сопротивления каждого преобразователя, для получения которого необходимы собственные и взаимные сопротивления излучения. В статье рассчитана и проанализирована частотная зависимость собственного и взаимного сопротивлений излучения двух преобразователей в зависимости от моды колебаний, расстояния между ними (для взаимного сопротивления излучения), расстояния до экрана и типа тыльного экрана. Результаты расчета показывают существенное влияние межэлементного расстояния и типа импедансного экрана на взаимное сопротивление излучения. Можно сделать вывод о необходимости учета взаимодействия преобразователей на фоне импедансного экрана при межэлементном расстоянии менее 0,5–0,6λ и при работе вблизи резонанса вне зависимости от моды колебаний.

Козицкий С.Б., Козицкая И.С. «Электромагнитные поля, индуцированные поверхностными кольцевыми волнами в глубоком море» Подводные исследования и робототехника, 34, № 2, с. 66-74 (2021)

Исследуются электромагнитные поля, индуцированные движениями проводящей жидкости бесконечной глубины во внешнем магнитном поле. Исходные уравнения Максвелла сформулированы через магнитный вектор Герца, и получены общие решения для электромагнитных полей и плотности тока для некоторого семейства потенциальных полей скорости жидкости. В частности, изучены электромагнитные эффекты, связанные с радиально-симметричной системой прогрессивных поверхностных волн в глубоком море, порожденной либо подводными осциллирующими источниками (точечный монопольный источник, вертикально колеблющаяся сфера), либо дисперсионным распадом изначально локазизованных возмущений поверхности моря (волны Коши–Пуассона). Для начального возмущения поверхности жидкости специального вида получены аналитические выражения для электромагнитных полей в воздухе, индуцированных волнами Коши–Пуассона. Для этих решений рассмотрены их различные асимптотики, исследовано поведение полученных решений в случае больших времен и расстояний от начала координат. Оказалось, что вариации электромагнитного поля в воздухе на достаточно большой высоте над океаном могут быть вероятными предвестниками волн цунами. Результаты могут быть полезны в разработке систем детектирования волн цунами дистанционными методами.

Казак М.С., Петров П.С., Кошель К.В. «Исследование обратного рассеяния акустических мод на неоднородностях рельефа дна с использованием метода инвариантного погружения» Подводные исследования и робототехника, 34, № 2, с. 76-80 (2021)

При моделировании распространения звука в мелком море с проницаемым дном, как правило, пренебрегают эффектом обратного рассеяния акустических волн. В частности, метод параболического уравнения имеет в своей основе именно приближение однонаправленного распространения. Тем не менее в литературе практически отсутствуют оценки амплитуды обратного рассеяния. В данной работе такие оценки получены с использованием модового представления поля в адиабатическом приближении. Данное приближение позволяет отделить обратное рассеяние от взаимодействия мод – другого важного эффекта, наблюдаемого при рассеянии акустических волн на неоднородностях батиметрии. Для случая падения нормальной волны на локализованную неоднородность дна исследована зависимость амплитуды волны, рассеянной в обратном направлении, от размеров неоднородности и номера моды. Для расчета коэффициента отражения используется численное решение уравнения Риккати, которое получается при переходе от краевой задачи для уравнения Гельмгольца для модовой амплитуды к соответствующим уравнениям погружения. Обсуждаются возможности дальнейшего использования модовых уравнений погружения при решении задач распространения звука в океане.